CN102580379B - 一种滤池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滤池，涉及水处理技术领域，尤其涉及一种具有环形过滤组件的滤池。针对现有的滤池占地面积大，反冲洗用水量大且操作复杂，不能解决中、小型水处理设备需求的问题。它包括一底部设有原水进水管和净水出水管的壳体；一安装于壳体内的环形过滤组件；一与环形过滤组件配合的反冲洗组件；一与反冲洗组件连接并带动其转动的回转机构；原水进水管与壳体的内腔相通，环形过滤组件的内腔与净水出水管相通，用于将壳体内的原水过滤为净水并由净水出水管输出，反冲洗组件用于冲洗环形过滤组件并将污泥排至滤池外。本发明是尤其适用于中小型水处理项目的高效率过滤设备。

Description

一种滤池

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种具有环形过滤组件的滤池。

背景技术

在固液分离领域里，除了沉淀、气浮技术以外，过滤占有十分重要的地位。自从上世纪初出现普通快滤池以来，期间出现过无需储存冲洗用水的虹吸滤池、无需切换多个闸门的无阀滤池，以及近年来诞生的节约冲洗水且提高冲洗效果的气水反冲洗滤池，这些变革和改进，提高了过滤的技术水平，但仍有一些难以逾越的障碍，影响着过滤技术的进一步发展。

例如：采用传统颗粒状滤料，无法实现反粒度级配；即使是均质滤料，反冲洗后总是形成上细下粗的分层，造成表层过早堵塞，导致过滤周期缩短，冲洗耗水增加；滤料一旦投入使用，其孔隙率就无法改变，不能根据过滤效果作相应调整，缺少灵活性；滤料体积庞大，装填及更换困难；再者，随着水处理设备规模越来越大，反冲洗所需配置的水泵、风机以及所耗用的水量也越来越大，造成能耗居高不下；滤池的高度由于滤层及水头损失的缘故始终居高不下；表面正向过滤导致滤池占地面积受管廊的影响大，其他如装机容量大、施工周期长而复杂、自动化实施与管理均不方便、造价及运行成本高等都是不争的事实，这些都大大影响了过滤技术的发展。

中国发明专利申请号201010244441.8，申请公布号CN 102343171A名称为竖片滤池的技术方案中，滤池采用了竖直安装于壳体内的由毯状编织物构成的片状过滤组件，吸泥管的一端位于滤料组件的两侧，另一端通过吸泥总管连接吸泥泵。该发明采用轻质滤料、无阀操作，相比传统滤池具有过滤面积大、过滤负荷低、反冲洗耗水量少、系统配置灵活、低能耗、运行维护简单、自动化程度高和净化效率高等优点。但该滤池中竖直安装的片状过滤组件占地面积仍较大，反冲洗装置中由小车带动吸泥管沿毯状编织物平面移动抽吸污泥的结构不适用于中小型水处理项目。

可见，现有技术中的滤池多为大型水处理设备，由于结构上的限制，当设备的日处理量达到10⁴吨～2×10⁴吨时，其性价比才最为合理。这些技术方案均不能解决目前面广量大的中、小型水处理设备的需求，其在水处理行业的应用范围受到限制。

发明内容

针对现有的滤池占地面积大，反冲洗用水量大且操作复杂，不能解决中、小型水处理设备需求的问题，本发明的目的是提供一种具有环形过滤组件且可灵活应用于各种狭小空间的滤池。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是它包括：

一底部设有原水进水管和净水出水管的壳体；

一安装于所述壳体内的环形过滤组件；

一与所述环形过滤组件配合的反冲洗组件；

一与所述反冲洗组件连接并带动其转动的回转机构；

所述原水进水管与所述壳体的内腔相通，所述环形过滤组件的内腔与所述净水出水管相通，用于将所述壳体内的原水过滤为净水并由所述净水出水管输出，所述反冲洗组件用于冲洗所述环形过滤组件并将污泥排至所述滤池外。

所述环形过滤组件是由若干弧形过滤单元围合成的同心圆形状，所述弧形过滤单元包括弧形骨架主体、包覆于所述弧形骨架主体外的滤料支撑网和安装于所述滤料支撑网两侧的薄层纤维滤料，所述弧形骨架主体是由至少三根垂直设置的钢管构成的弧形框架，所述钢管上均布有集水小孔，所述钢管的底端开口与所述净水出水管连通形成出水通道。

所述反冲洗组件包括

形的吸泥总管、并列连接在所述吸泥总管的横向管路的两侧并与其相通的若干吸泥支管、相连接的吸泥泵和吸泥泵电机，所述吸泥支管的侧壁上沿轴向均设有一横截面呈锥形的长槽，位于所述吸泥总管一端的所述吸泥支管长槽的敞口端与所述环形过滤组件外圈侧壁的所述薄层纤维滤料紧密贴合，位于所述吸泥总管另一端的所述吸泥支管长槽的敞口端与所述环形过滤组件内圈侧壁的所述薄层纤维滤料紧密贴合，所述吸泥总管的竖向管路内设有与吸泥泵电机连接的吸泥泵。

优选地，所述反冲洗组件还包括一污泥排出管，所述污泥排出管的一端与所述吸泥总管的竖向管路相通，并位于所述吸泥泵的上方，所述污泥排出管的另一端与所述滤池外相通。

所述回转机构包括设置在所述壳体上的旋转平台、贯穿所述壳体并与所述旋转平台连接的套管、设置在所述壳体和所述旋转平台之间的回转支承轴承，相连接的电机、减速器和动力齿轮，所述套管套设在所述吸泥总管的顶端且与其轴线重合，所述套管的底端通过连杆与所述吸泥总管横向管路的两端连接，所述电机通过减速器带动动力齿轮转动，动力齿轮与固定在所述壳体上的回转支承轴承的外齿轮相啮合，使固定有回转支承轴承内齿轮的所述旋转平台转动，进而带动所述反冲洗组件沿其轴线旋转。

优选地，所述壳体的上部内侧壁上设有与滤池外相通的环形集泥槽，所述污泥排出管的输出端位于所述环形集泥槽的上方。

所述吸泥支管的外径小于所述环形过滤组件中每两个相邻同心圆的间距D。

进一步地，它还包括控制部分，所述控制部分包括液位感应器、水位继电器和控制芯片，所述控制芯片分别与所述液位感应器、水位继电器、吸泥泵电机和回转机构的电机电连接。

进一步地，所述薄层纤维滤料为纤维外松内紧的毯状薄层编织物，其厚度小于20mm。

本专利的有益效果在于：

一、本发明用薄层毯状编织物代替传统的颗粒滤料，其主要优点是材质轻、体积小、更换方便，成本低廉；纤维外松内紧，实现了久已向往的滤层“反粒度”概念。原水中大颗粒污泥首先被截留，继而中颗粒，再而小颗粒，使虽为薄层的毯状编织物含污能力大增；薄层毯状编织物的绒毛呈定向有序排列，吸附其中的污泥容易被逆向吸走；本发明的薄层毯状滤料自身阻力很小，造成的水头损失很小，因此可将传统滤池的高度大幅降低，不仅使滤池的造价大为降低，而且在与前置构筑物的高程配合上，显得十分合理，避免了水的二次提升或抬高前置构筑物的麻烦。

二、将传统自上而下的垂直过滤进水改为从弧形滤料组件两侧横向进水，在不影响反冲洗的情况下，多个直立的弧形过滤单元排列相对紧凑，待过滤水由其两侧同时进入，使过滤面积得到近十倍的扩大。

三、将传统需要大水量的整体(面)状冲洗，改为小水量的局部(线)状扫描式冲洗，使冲洗能量得到高度集中，既能增大冲洗力，又能减少冲洗用水量；并且在冲洗时过滤照样进行，冲洗用水来自于自身产出的净水。无需阀门切换，既不中断进水，也不中断出水；装置实行无阀操作，自控方案简单，仅需液位传感器及旋转平台行程开关配套即可，不再需要储存大量冲洗水，省去了冲洗水塔、冲洗水泵、鼓风机等设备，又节省了投资，减少了占地面积。

四、本发明的回转机构确保了吸泥支管能围绕弧形滤料组件作同心圆旋转，使吸泥支管在旋转时始终紧贴薄层毯状编织物，高效率完成吸泥功能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明；

图1为现有技术中竖片滤池的结构示意图；

图2为本发明滤池的结构示意图；

图3为图2的局部放大图E

图4为图2的A-A向剖视图；

图5为图4的a-a剖视图；

图6是本发明弧形过滤单元的结构示意图；

图7是图6的俯视图；

图8为本发明弧形过滤单元与吸泥支管的位置关系示意图；

图中标号说明：

1-壳体                  2-环形过滤组件

3-反冲洗组件            4-回转机构

101-原水进水管          102-净水出水管          103-环形集泥槽

201-骨架主体            202-滤料支撑网          203-薄层纤维滤料

204-滤布框架压板        301-吸泥总管            302-吸泥支管

303-吸泥泵              305-污泥排出管          306-连杆

307-环形排泥槽          308-吸泥泵电机          310-长槽

401-电机                402-动力齿轮            403-旋转平台

404-内齿轮              405-外齿轮              406-套管

407-连杆

具体实施方式

以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。为叙述方便，下文中所述的“左”、“右”与附图的左、右的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

结合图2至图4说明本发明的滤池，它包括底部设有原水进水管101和净水出水管102的钢制圆筒形壳体1、安装于壳体1内并与净水出水管102连通的环形过滤组件2、与环形过滤组件2相配合的反冲洗组件3和带动反冲洗组件3转动的回转机构4。壳体1采用不锈钢材质制成，方便设备的施工与运输，圆筒形结构可节约材料，降低生产成本。原水进水管101与壳体1的内腔相通，用于向壳体1输入待过滤的原水。环形过滤组件2将过滤后的净水由净水出水管102输出。请参见图4、图6和图7，环形过滤组件2是由若干弧形过滤单元围合而成并由内向外排列的三个同心圆，每两个相邻的同心圆具有相等的间距D。每个弧形过滤单元包括由至少三根相同外径且垂直设置的钢管构成的弧形骨架主体201、包覆于弧形骨架主体201外的滤料支撑网202和安装于滤料支撑网202两侧的薄层纤维滤料203。弧形骨架主体201的钢管上均布有集水小孔，钢管底端开口与集水区连接并形成出水通道。骨架主体201的顶端及底端均设有卡槽，以利于覆有薄层纤维滤料203的滤料支撑网202的插装、卡接、螺接或铆接等，并构成一个完整的过滤单元。每个弧形过滤单元均垂直固定于平台底座上，每两个相邻的弧形过滤单元之间通过滤布框架压板204和压紧螺栓固定。其中，薄层纤维滤料203为毯状薄层编织物。请参见图5，工作时，污水从弧形过滤单元两侧进入，污泥被薄层纤维滤料203上有序排列的绒毛结构阻拦，净水进入骨架主体201的钢管中并由净水出水管102流出。

本发明的滤池废弃了体积庞大且笨重的颗粒滤料，代之以体小质轻、装拆清洗方便、滤材密度及厚度可随过滤精度的要求而改变，且电荷吸附性强的薄层编织物滤料，厚度一般不超过20mm；毯状薄层编织物的纤维外松内紧，水中大颗粒首先被截留，继而中颗粒，再而小颗粒，使薄层滤毯含污量大增，滤毯的厚薄及紧密度可以根据处理水质的要求高低进行调节，甚至可以根据需要使纤维负带电荷，以加强对杂质的吸附去除。由于过滤纤维都是定向有序排列的，不像无纺布纤维的杂乱无章，因此，解决了以往冲洗不干净的问题。同时，编织的特殊处理使滤材避免了纤维脱落之虞。另外，由于薄层滤料本身的阻力很小，滤池高度仅约20厘米，再加上期终水头损失也就控制在30厘米左右，因此可将传统滤池4米以上的高度下降到2.5米以下。

请参见图1，反冲洗组件3包括六个并列设置的吸泥支管302、连接各吸泥支管302的吸泥总管301、相连接的吸泥泵303和吸泥泵电机308。在形吸泥总管301横向管路的两侧各垂直设有三个吸泥支管302。请参见图8，吸泥支管302的侧壁上设有一截面呈锥形的长槽310，长槽310敞口端与弧形过滤单元201上的薄层纤维滤料203紧密贴合，在薄层纤维滤料203表面形成负压区，以增强吸泥效果。位于吸泥总管301横向管路左侧的三个吸泥支管302的长槽敞口端均与环形过滤组件2外圈侧壁的薄层纤维滤料203紧密贴合，右侧的三个吸泥支管302的长槽敞口端均与环形过滤组件2内圈侧壁紧密贴合，且吸泥支管302的外径小于环形过滤组件2中每两个相邻同心圆的间距D。吸泥总管301的竖向(轴向)管路内设有与吸泥泵电机308相连接的吸泥泵303(立式潜水排污泵)，吸泥泵303的吸入口下端为吸泥总管301的横向管路。优选地，反冲洗组件3还包括横向设置的污泥排出管305，其一端与吸泥总管301的竖向管路连通并位于吸泥泵303的出泥口上方，另一端与滤池外相通，用于将冲洗后的污泥排出滤池。

请参见图2和图3，回转机构4包括设置在壳体1上的旋转平台403、贯穿壳体1并与旋转平台403连接的套管406、设置在壳体1和旋转平台403之间的回转支承轴承，相连接的电机401、减速器和动力齿轮402，套管406套设在吸泥总管301的顶端且与其轴线重合，套管406的底端通过连杆407与吸泥总管301横向管路的两端连接，电机401通过减速器带动动力齿轮402转动，动力齿轮402与固定在壳体1上的回转支承轴承的外齿轮405相啮合，使固定有回转支承轴承内齿轮404的旋转平台403转动，从而带动吸泥支管302沿着弧形滤料组件2的圆弧面作圆周运动，保证吸泥支管302在冲洗吸泥过程中始终紧贴薄层纤维滤料203。

滤池工作过程：原水从原水进水管101进入圆筒形壳体1，从圆筒形壳体1中间流出，水位逐渐升高，直至浸没弧形滤料组件2，随即进入过滤阶段。原水通过弧形滤料组件2上的薄层纤维滤料203时，污泥被薄层纤维滤料203上有序排列的绒毛结构阻拦，原水得以净化，净化后的水则进入骨架主体201内，由集水小孔收集后进入底部的清水集水区并由净水出水管102带出。随着过滤的进行，薄层毯状编织物绒毛的间隙渐渐堆满了阻拦下来的污泥，造成过滤阻力加大，使得滤材出水量减少，原先进水量等于出水量的平衡态变成了进水量大于出水量，进而造成滤池内水位上升。当达到某一设定高位时，控制部分的液位感应器将信号传输至控制芯片，由控制芯片输出信号，通过水位继电器指令吸泥泵303启动，同时也指令整个反冲洗组件3作慢速旋转。这时，由于吸泥泵的吸力，将已进入弧形滤料组件2内部框架的净水逆向往回吸，同时回转机构4开始工作，带动紧贴着薄层纤维滤料203的吸泥支管302转动，反洗净水由内向外通过薄层纤维滤料203与吸附其上的污泥一起被吸泥泵303带出，并继而通过吸泥总管301由吸泥泵303送至环形排泥槽307并继而使污泥排出滤池外。吸泥支管302贴着弧形滤料组件2同心圆旋转一周，抽吸粘附在薄层纤维滤料203上的污泥，完成滤料表面的线状扫洗任务，将吸附在薄层毯状编织物绒毛间隙内的污泥吸走，使薄层毯状编织物恢复良好的过滤能力。这时，回转机构4发出到位信号，限位开关指令吸泥泵303及回转机构4同时停止工作，滤池复又进入正常工作状态。由于吸泥泵303采用的是液下泵，叶轮始终潜于水中，因此可随时启闭，无需阀门操作。上述说明描述了一个冲洗周期，随后便是周而复始。

以往传统滤池采用的是整体冲洗，即滤池面积有多大，冲洗水就要以15L/s的流量予以保证与储存，滤池面积越大，储存的冲洗水就会越多；而本发明采用毯状薄层纤维滤料后，可采用匀速线状扫洗的方式依次对滤料进行清洗，使冲洗耗水量大幅度下降，而这时的滤池进水量(滤出量)完全可以抵偿所需的冲洗水量，不再需要储存大量冲洗水。传统滤池由于过滤与反冲洗两个阶段有着明显的区分，因此，闸门的切换在所难免，大型闸门的增设，必然导致安装、操作管理上的麻烦与造价的大幅提高，然而，将冲洗变为线状扫洗时，只有被扫到的部分滤材才处于反冲洗阶段，而其余绝大部分则始终处于正常的过滤阶段，这样也就避免了冲洗时的多个闸门切换，真正做到了无阀操作，只需两个限位开关就能做到滤池的无人管理。

以本实施例中的滤池为例，其设计参数如下：

滤池直径：1.8米；

环形过滤组件三个同心圆直径由内向外依次为：0.9米、1.2米和1.5米；

环形过滤组件高度：1.1米；

过滤滤速：4米/时；

滤池总高度：2.4米；

滤池装机电耗：1.5千瓦；

滤池产水量：2400吨/天。

每台产水量约在500～3000吨/天。

以下比较本实施例与传统滤池的技术优势：

(1)采用整体且质轻的薄层纤维滤料，使滤料的重量大为减轻；

砂石滤料重量为：3.14/4(1.8)×2×1.1×2.6×0.4＝2.91吨；

毯状滤料重量为：3.14×(0.9+1.2+1.5)×1.1×2×1.5/1000＝0.037吨

仅为原先重量的1.3％。

(2)过滤面积有近十倍的增长；

砂石滤池的过滤面积：3.14/4(1.8)×2＝2.543m²；

环形滤池中安装直径分别为0.9、1.2和1.5米的弧形过滤单元，其高度与砂石滤料高度相同，则其过滤面积为3.14×(0.9+1.2+1.5)×1.1×2＝24.87m²，可见其过滤面积是原先的9.78倍。

(3)滤池的产水量的提高；

砂石滤池以标准滤速8米/时计算，产水量为0.785(1.8)×2×8×24＝488吨/天；

环形滤池滤速按4米/时计算，产水量为3.14×(0.9+1.2+1.5)×1.1×2×4×24＝2387吨/天，为砂石滤池产水量的4.9倍。

(4)滤池的总高度大为下降；

砂石滤池高度：0.3+0.4+0.7+0.3+2.0+0.3＝4.0米；

环形滤池高度：0.3+0.1+1.1+0.2+0.3+0.2+0.2＝2.4米；

比砂石滤池高度降低了40％。

(5)不再需要储存冲洗用水；

传统滤池耗用冲洗水以15L/s，冲洗时间为6分钟计，则15×3.1416/4×(1.8)2×6×60/1000＝13.73吨；

环形滤池耗水量仅为4.52×6×6/60＝2.712吨；

其耗水量为砂石滤池的五分之一。

如按每平方米滤料每小时产水4吨计，滤池每小时产水24.88×4＝99.52吨，冲洗时间6分钟内，可产水9.952吨，远大于冲洗耗水量2.712吨，故冲洗不仅无需储存用水，而且冲洗时仍能继续出水，只是出水量小了一些而已。

(6)冲洗水泵的大小及电机功率的缩减十分明显；

砂石滤池冲洗水泵Q＝137吨/时，H＝15米，N＝29.4千瓦；

环形滤池Q＝30吨/时，H＝8米，N＝1.1千瓦，加上平台旋转电机功率0.37千瓦，总共1.47千瓦，仅为原先的5％，由于反冲洗组件采用线状扫描式抽吸，可以用很小的水泵实现很大抽吸力。

(7)省去了四个阀门及其操作。

按直径1.8米，水量2400吨/天计，至少省去DN150阀门2个，DN200阀门2个，使滤池造价下降，安装与管理大为简化。既不要PLC软件控制，也无需加装阀门的电动头，只需要水位开关及限位开关就能做到无人管理，使运行及管理成本大大降低，节约了生产成本。减轻了运输、现场安装、更换滤料及操作管理的工作量。由于取消了笨重的滤料，使运输大为轻便，同时也取消了现场分层加装滤料的麻烦。即使在以后运行中出现滤料堵塞，也只要拔出滤料支撑网，更换一块插入即可，而滤料的清洗也十分简便，这使滤池的管理变得轻松。

本领域技术人员应该认识到，上述的具体实施方式只是示例性的，是为了使本领域技术人员能够更好的理解本专利内容，不应理解为是对本专利保护范围的限制，只要是根据本专利所揭示精神所作的任何等同变更或修饰，均落入本专利保护范围。

Claims (5)

1.一种滤池，其特征在于它包括：

一底部设有原水进水管和净水出水管的壳体；

一安装于所述壳体内的环形过滤组件；

一与所述环形过滤组件配合的反冲洗组件；

一与所述反冲洗组件连接并带动其转动的回转机构；

所述原水进水管与所述壳体的内腔相通，所述环形过滤组件的内腔与所述净水出水管相通，用于将所述壳体内的原水过滤为净水并由所述净水出水管输出，所述反冲洗组件用于冲洗所述环形过滤组件并将污泥排至所述滤池外；

所述环形过滤组件是由若干弧形过滤单元围合成的同心圆形状，所述弧形过滤单元包括弧形骨架主体、包覆于所述弧形骨架主体外的滤料支撑网和安装于所述滤料支撑网两侧的薄层纤维滤料，所述弧形骨架主体是由至少三根垂直设置的钢管构成的弧形框架，所述钢管上均布有集水小孔，所述钢管的底端开口与所述净水出水管连通形成出水通道；

所述反冲洗组件包括

形的吸泥总管、并列连接在所述吸泥总管的横向管路的两侧并与其相通的若干吸泥支管、相连接的吸泥泵和吸泥泵电机，所述吸泥支管的侧壁上沿轴向均设有一横截面呈锥形的长槽，位于所述吸泥总管一端的所述吸泥支管长槽的敞口端与所述环形过滤组件外圈侧壁的所述薄层纤维滤料紧密贴合，位于所述吸泥总管另一端的所述吸泥支管长槽的敞口端与所述环形过滤组件内圈侧壁的所述薄层纤维滤料紧密贴合，所述吸泥总管的竖向管路内设有与吸泥泵电机连接的吸泥泵；

所述反冲洗组件还包括一污泥排出管，所述污泥排出管的一端与所述吸泥总管的竖向管路相通，并位于所述吸泥泵的上方，所述污泥排出管的另一端与所述滤池外相通；

所述回转机构包括设置在所述壳体上的旋转平台、贯穿所述壳体并与所述旋转平台连接的套管、设置在所述壳体和所述旋转平台之间的回转支承轴承，相连接的电机、减速器和动力齿轮，所述套管套设在所述吸泥总管的顶端且与其轴线重合，所述套管的底端通过连杆与所述吸泥总管横向管路的两端连接，所述电机通过减速器带动动力齿轮转动，动力齿轮与固定在所述壳体上的回转支承轴承的外齿轮相啮合，使固定有回转支承轴承内齿轮的所述旋转平台转动，进而带动所述反冲洗组件沿其轴线旋转。

2.根据权利要求1所述的滤池，其特征在于：所述壳体的上部内侧壁上设有与滤池外相通的环形集泥槽，所述污泥排出管的输出端位于所述环形集泥槽的上方。

3.根据权利要求1或2所述的滤池，其特征在于：所述吸泥支管的外径小于所述环形过滤组件中每两个相邻同心圆的间距。

4.根据权利要求1或2所述的滤池，其特征在于：它还包括控制部分，所述控制部分包括液位感应器、水位继电器和控制芯片，所述控制芯片分别与所述液位感应器、水位继电器、吸泥泵电机和回转机构的电机电连接。

5.根据权利要求1或2所述的滤池，其特征在于：所述薄层纤维滤料为纤维外松内紧的毯状薄层编织物，其厚度小于20mm。

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